Lean-burn Stratified Combustion at Gasoline Engines

Breitbach, Hermann; Waltner, Anton; Landenfeld, Tilo; Schwarz, Christian

doi:10.1007/s38313-013-0047-y

Cited by 15 publications

(5 citation statements)

References 2 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…It is shown that the effect of this technology is higher in NEDC rather than in WLTP-H, since it is more effective in the lower speed/load area of the engine operating map. The CO 2 effect of lean-burn technology is well within the suggested range proposed by other works, which is from 2% to 6% [65,107]. The application of lean burn technology results in a reduction of CO 2 emissions from 3.8% to 8.3% with an average of 5.5% in NEDC and from 2.2% to 4.5% with an average 3.3% in WLTP-H.…”

Section: Lean Burnsupporting

confidence: 83%

“…Compared with conventional injection into the inlet manifold, this process is considerably more precise and is not dependent on the opening times of the valves. However, care has to be taken concerning NO x emissions, which may increase in such combustion systems [65]. In this study, a modified fuel consumption map was used, which have been produced by applying a dimensionless average delta map on the original engine fuel consumption map.…”

Section: Direct Injection (Di)mentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Detailed vehicle modelling of state-of-the-art energy efficiency technologies

Tsokolis¹,

Τσοκόλης²

View full text Add to dashboard Cite

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι: η ανάπτυξη αναλυτικού πρωτοκόλλου μέτρησης για την παραγωγή έγκυρων και επαναλήψιμων δεδομένων για την επικύρωση μοντέλων ενεργειακής κατανάλωσης οχημάτων, η ανάπτυξη πρότυπης τοπολογίας μοντέλου, εφαρμόσιμου σε όλα τα συμβατικά οχήματα, για την διευκόλυνση και καθοδήγηση της διαδικασίας μοντελοποίησης, η δημιουργία μεγάλου εύρους δεδομένων από μοντελοποιήσεις υψηλής ακρίβειας, τα οποία χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη και επικύρωση του εργαλείου CO2MPAS, η ανάλυση και ποσοτικοποίηση της επίπτωσης της εισαγωγής στην νομοθεσία του νέου πρωτοκόλλου WLTP συγκριτικά με το παλαιότερο NEDC, η ανάπτυξη διαδικασιών μοντελοποίησης σύγχρονων τεχνολογιών υψηλής ενεργειακής απόδοσης σε προσομοιώσεις οχημάτων και η ανάπτυξη μεθοδολογίας για τον υπολογισμό των εκπομπών CO2 σε πραγματικές συνθήκες οδήγησης χρησιμοποιώντας γενικευμένα μοντέλα προσομοίωσης.Για τον λόγο αυτό, ο Ευρωπαϊκός στόλος οχημάτων χωρίστηκε σε χαρακτηριστικά τμήματα ανάλογα με τον τύπο κιβωτίου ταχυτήτων, τον τύπο καυσίμου, τον όγκο εμβολισμού και τον τύπο της τροφοδοσίας του κινητήρα. Ένα όχημα επιλέχθηκε για κάθε τμήμα το οποίο μετρήθηκε στα πρωτόκολλα NEDC και WLTP και για το οποίο δημιουργήθηκε μοντέλο προσομοίωσης στο λογισμικό Cruise της εταιρίας AVL GmbH. Η επικύρωση των μοντέλων που πραγματοποιήθηκε συγκρίνοντας τα αποτελέσματά τους με τις μετρήσεις για τέσσερα διαφορετικά κριτήρια τα οποία θεσπίστηκαν από την Ευρωπαϊκή Επιτροπη στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος «WLTP/NEDC Correlation exercise». Τα μοντέλα οχημάτων που αναπτύχτηκαν συνδυάστηκαν με δεκατέσσερις τεχνολογίες υψηλής ενεργειακής απόδοσης και δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων η οποία χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη και επικύρωση του εργαλείου CO2MPAS. Τέλος, τα μοντέλα οχημάτων που αναπτύχθηκαν και τα αποτελέσματα που παρήχθησαν χρησιμοποιήθηκαν σε ένα σενάριο πρόβλεψης των μέσων εκπομπών CO2 από τον στόλο οχημάτων για το 2030 και για την διερεύνηση χρήσης τους στην έγκριση τύπου οχημάτων υπό πραγματικές συνθήκες οδήγησης.Συμπερασματικά, οι κυρίαρχοι λόγοι του ΔCO2 μεταξύ WLTP και NEDC είναι η διαφορετική αδρανειακή μάζα και η αντίσταση δρόμου που χρησιμοποιήθηκε, οι περισσότερες τεχνολογίες υψηλής ενεργειακής απόδοσης που μελετήθηκαν έχουν μεγαλύτερη επίπτωση στο πρωτόκολλο NEDC συγκριτικά με το WLTP διότι αναπτύχθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν στα πλαίσια της νομοθεσίας NEDC. Επίσης, η χρήση γενικευμένου μοντέλου προσομοίωσης οχήματος με δεδομένα από δημόσιες πηγές καθώς και από την βάση δεδομένων που δημιουργήθηκε μπορεί να οδηγήσει σε επιτυχή προσομοίωση της κατανάλωσης καυσίμου σε πραγματικές συνθήκες οδήγησης, η μελλοντική σύσταση του στόλου οχημάτων δεν μπορεί να προβλεφθεί παρά να εκτιμηθεί εξαιτίας της εξάρτησής του από την μάκρο-οικονομία, της Νομοθεσία CO2, τις καταναλωτικές συνήθειες κτλ. Τέλος, βελτιστοποιήσεις στο νέο πρωτόκολλο μέτρησης από τους κατασκευαστές αυτοκινήτων θα είναι ακόμα εφικτές, αλλά προς το παρόν δεν είναι ξεκάθαρο πως θα υιοθετηθούν και ποια η επίπτωσή τους στην κατανάλωση καυσίμου και το CO2 θα είναι.

show abstract

Section: Lean Burnsupporting

confidence: 83%

Section: Direct Injection (Di)mentioning

confidence: 99%

Detailed vehicle modelling of state-of-the-art energy efficiency technologies

Tsokolis¹,

Τσοκόλης²

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is a part-load combustion method, which is characterized by lean low-temperature combustion (LTC) with temperatures below the oxides of nitrogen (NO x ) formation temperature of 2000 K. As a result, HCCI has the potential to significantly reduce NO x emissions, while maintaining a high fuel efficiency, comparable with current stratified lean-burn combustion, with NO x emissions reduced by up to 99%. 1–3 Therefore, expensive exhaust aftertreatment systems can be reduced or simplified. 4 Efficiency also improves when using HCCI combustion due to the rapid global and spatial combustion in combination with reduced wall heat losses from the LTC.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Homogeneous charge compression ignition combustion stability improvement using a rapid ignition system

Gordon

Wouters

Kinoshita

et al. 2020

International Journal of Engine Research

View full text Add to dashboard Cite

When compared to traditional engines, homogeneous charge compression ignition has the potential to significantly reduce NO x raw emissions, while maintaining a high fuel efficiency. Homogeneous charge compression ignition is characterized by compression-induced autoignition of a lean homogeneous air–fuel mixture. Since homogeneous charge compression ignition does not utilize direct ignition control, it is strongly dependent on the state of the cylinder charge and can suffer from high cyclic variability. With spark-assisted compression ignition, it has been demonstrated that misfires can be reduced, while preserving the high thermal efficiency of homogeneous charge compression ignition as a result of the more favorable physical mixture properties due to dilution. However, spark-assisted compression ignition reduces the NO x benefits of homogeneous charge compression ignition, as it increases the local combustion temperatures. To merge the advantages of the homogeneous charge compression ignition and the spark-assisted compression ignition combustion processes, a field-programmable gate array for detailed simulation of the physical gas exchange is combined with a rapid spark system. The low latency and computational speed of the field-programmable gate array allows the simulation process to be implemented in real time. When combined with the rapid reaction time of the high-frequency current-based rapid ignition system, a feedforward controller based on the cylinder pressure or heat release is realized. The developed model-based controller determines if a spark is required to assist the homogeneous charge compression ignition combustion process. The use of the field-programmable gate array and rapid ignition system allows for the calculation of combustion properties and controller output within 0.1 °CA. This article presents the development and experimental validation of the developed controller on a single-cylinder research engine. The combustion stability has been significantly improved as reflected in an improved standard deviation of the indicated mean effective pressure and a reduction of the combustion phasing variations. Furthermore, compared to a traditional homogeneous charge compression ignition system, the hydrocarbon emissions can be reduced, while maintaining low NO x emissions.

show abstract

“…HCCI has the potential to significantly reduce NO x emissions by as much as 99% when compared with current stratified lean-burn gasoline combustion. 1–3 Therefore, expensive exhaust after-treatment systems can be reduced or simplified. 4–6 HCCI utilizes rapid multi-site combustion, and this in combination with reduced wall heat losses from LTC leads to thermodynamic and fuel efficiency benefits of up to 30% over current gasoline engines.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Development and experimental validation of a field programmable gate array–based in-cycle direct water injection control strategy for homogeneous charge compression ignition combustion stability

Gordon

Wouters

Wick

et al. 2019

International Journal of Engine Research

View full text Add to dashboard Cite

Homogeneous charge compression ignition is a part-load combustion method, which can significantly reduce oxides of nitrogen (NO x) emissions compared to current lean-burn spark ignition engines. The challenge with homogeneous charge compression ignition combustion is the high cyclic variation due to the lack of direct ignition control. A fully variable electromagnetic valve train provides the internal exhaust gas recirculation through negative valve overlap which is required to obtain the necessary thermal energy to enable homogeneous charge compression ignition. This also increases the cyclic coupling as residual gas and unburnt fuel is transferred between cycles through exhaust gas recirculation. To improve combustion stability, an experimentally validated feed-forward water injection controller is presented. Utilizing the low latency and rapid calculation rate of a field programmable gate array, a real-time calculation of residual fuel mass is implemented on a prototyping engine controller. Using this field programmable gate array–based calculation, it is possible to calculate the amount of fuel and the required control interaction during an engine cycle. This controller prevents early rapid combustion following a late combustion cycle using direct water injection to cool the cylinder charge and counter the additional thermal energy from any residual fuel that is transferred between cycles. By cooling the trapped cylinder mass, the upcoming combustion phasing can be delayed to the desired setpoint. The controller was tested at several operating points and showed an improvement in the combustion stability as shown by a reduction in the standard deviation of combustion phasing and indicated mean effective pressure.

show abstract

Lean-burn Stratified Combustion at Gasoline Engines

Cited by 15 publications

References 2 publications

Detailed vehicle modelling of state-of-the-art energy efficiency technologies

Detailed vehicle modelling of state-of-the-art energy efficiency technologies

Homogeneous charge compression ignition combustion stability improvement using a rapid ignition system

Development and experimental validation of a field programmable gate array–based in-cycle direct water injection control strategy for homogeneous charge compression ignition combustion stability

Contact Info

Product

Resources

About